感受器的特异性
感受器的主要特性之一是其特异性——即对特定、所谓的适宜刺激作出最强烈反应的能力。其高敏感性令人惊叹:例如,要让人类产生明显的苦味感觉,只需微量的士的宁作用于舌部的感受器——仅需0.000005克。
早在1840年,生理学家约·穆勒就提出了感官特异能量定律。根据这一规律,所产生感觉的性质完全不取决于刺激本身的物理性质,而是由被激活的具体感觉系统决定的。换句话说,感觉的性质是我们机体结构中先天的、由基因决定的且不变的特性。
生理编码
为了让大脑理解来自感受器的信息,信息必须被转换为神经密码的形式并进行传递。主要存在以下几种编码类型:
- 标记线编码。这是编码刺激感觉模态的主要方式。信号通过一条隔离的、严格连接感觉特异性神经元的链条进行传递,该链条从感受器一直延伸至大脑皮层。
- 频率编码。关于刺激质量的数据通过改变神经冲动平均发放频率来传递。这种关系不是线性的,而是对数的,并由韦伯—费希纳定律描述。
- 间隔编码。信号通过冲动之间的时间间隔(间歇)进行编码,从而形成独特的模式。有趣的是,这甚至可以在恒定的平均发放频率背景下发生。
- 模式编码。反映刺激的时间参数。信息在特定时刻以冲动串(阵发)的形式传递:在刺激开启时(on)、关闭时(off)、这两个时刻均有(on-off),或者在刺激持续作用的全过程中连续传递。
- 空间编码。携带有关作用刺激的广度和精确配置的信息。它由大量感受器的协同工作来保证,这些感受器通过多条平行的传入纤维向大脑发送冲动。
适应与致敏
适应是指在刺激持续、不间断作用的背景下,感受器敏感性发生改变的过程。感受器能够通过调整自身以适应刺激来改变其冲动发放的性质。
根据该过程的发展速度,感受器可分为:
- 快速适应感受器:对快速的刺激仅产生短暂的反应。
- 慢速适应感受器:在刺激持续作用的整个时间内,以一连串冲动不断对刺激作出反应。
适应过程的一种特殊形式是致敏——即感知阈值降低、感受器兴奋性显著提高的状态。
适应机制非常多样,包括:
- 感受器周围空间中的物理或化学变化。
- 感受器内部细胞内理化过程的动态变化。
- 来自高级神经中枢的下行调节影响。
自主神经系统发挥着重要作用:特别是交感神经系统参与了将感受器系统微调至适宜刺激作用的过程。
系统特性:流动性、可靠性与感受野
功能流动性这是感觉器官通过改变活动状态(即当前正在工作的)感受器数量来对刺激作出反应的能力。该属性反映了机体的功能储备。流动性水平不是恒定的:它取决于环境条件、机体的当前状态以及中枢和体液的影响。功能流动性系数的计算公式很简单:K = (活动感受器数量) / (感受器总数)。
感受器的可靠性感觉系统的不间断工作由两种冗余度来保证:
- 功能冗余:感受器在其反应中能够产生额外的、重复的冲动。
- 形态冗余:存在来自相邻感受器的重复传导通路。
功能性感受野感受野是指激活一个特定感觉神经元的所有感受器的总和。这样一个场内的各个元素并非孤立工作,而是相互之间进行积极的交互。这种交互作用的一种形式是侧向抑制。例如:在皮肤机械感受器区域受到突然的机械冲击后,该感受野的邻近感受器可能会暂时完全受到抑制,以至于它们甚至对阈下(足以引起兴奋的)刺激也不再产生反应。
简述:主题相关问答
哪些感受器属于快速适应(时相性)和慢速适应(紧张性)感受器?
根据适应速度,感受器分为快速适应和慢速适应感受器。
- 快速适应感受器:帕金森小体(应为帕琴尼小体)、迈斯纳小体和毛囊感受器(快速刺激引起短暂反应)。
- 慢速适应感受器:高尔基腱器官、肌梭(本体感受器)、默克尔盘和游离神经末梢(在刺激作用的整个时间内以一连串冲ing脉冲反应)。
按产生兴奋的机制,感受器如何分类(原感觉细胞和继感觉细胞)?
根据工作机制,感受器分为原感觉细胞型和继感觉细胞型。
- 原感觉细胞型感受器——其特征是刺激直接转变为兴奋。感受器电位直接在神经纤维的包裹末梢产生(例如帕琴尼小体)。
- 继感觉细胞型感受器——其特征是存在特异性的中介细胞。感受器电位产生于感受器细胞中,随后该细胞释放介质,在感觉纤维中引发发生器电位(例如柯蒂氏器的毛细胞)。
感受野中侧向抑制的机制是什么?
侧向抑制的机制在于阻断平行于中央激活通路的传导路径中的兴奋传导。
当传入通路被激活时,中间抑制性神经元会抑制一组神经元;这种抑制是由相邻神经元组的兴奋引发的。在感受野中,场的元素可以相互作用,例如通过侧向抑制。在皮肤机械感受器区域受到机械冲击后,该感受野的感受器会短暂完全抑制,并不再对阈刺激作出反应。
侧向抑制的生理意义在于确保辨别敏感性:即区分感受野中几个独立点的能力,并提高感知的对比度。
课堂与考试常见问题
感觉器官特异神经能定律的实质是什么?
约·穆勒提出的定律的实质在于,我们的感觉质量不取决于刺激本身的性质,而是由感觉系统本身蕴含的“特异能量”决定的。
什么是标志线编码?
这是编码刺激感觉模态的主要方式。它表现为信号通过严格隔离的、相关感觉特异性神经元的链条进行传递——从感受器一直到大脑皮层。
功能可动性系数说明了什么?
它显示了感觉器官被调动的功能储备的份额,其计算方法为该区域内处于活动状态的感受器数量与感受器总数的比值。
交感神经系统如何影响感受器?
自主神经系统的交感神经部分通过参与将感受器的敏感性微调至适宜刺激的作用来发挥调节影响。
该主题的其他拓展内容
- 韦伯—费希纳定律的数学基础与对数关系。
- 感受野中侧支抑制的详细机制。
- 快速适应与慢速适应感受器在离子机制上的差异。
- 体液因素对感受器功能可动性的影响。
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